【Java并发之】BlockingQueue
2015-10-23 11:50
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本文主要讲的是并发包中涉及到的集合,关于普通集合,请参考【java 集合概览】
因此,当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程做了出队列操作;同样,当一个线程试图对一个空队列进行出队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程进行了入队列操作。
在Java中,BlockingQueue的接口位于
负责生产的线程不断的制造新对象并插入到阻塞队列中,直到达到这个队列的上限值。队列达到上限值之后生产线程将会被阻塞,直到消费的线程对这个队列进行消费。同理,负责消费的线程不断的从队列中消费对象,直到这个队列为空,当队列为空时,消费线程将会被阻塞,除非队列中有新的对象被插入。
asdf
这四套方法对应的特点分别是:
需要注意的是,我们不能向BlockingQueue中插入
下面我们就分别介绍这几个实现类。
ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子:
从上面Delayed 接口定义可以看到,它还继承了
设置这个元素的过期时间为3s
}
运行这个main函数,我们可以发现,我们需要等待3s之后才会打印这个对象。
其实DelayQueue应用场景很多,比如定时关闭连接、缓存对象,超时处理等各种场景,下面我们就拿学生考试为例让大家更深入的理解DelayQueue的使用。
然后在构造一个教师对象对学生进行考试
我们看一下运行结果:
通过运行结果我们可以发现,每个学生在指定开始时间到达之后就会“交卷”(取决于getDelay()方法),并且是先做完的先交卷(取决于compareTo()方法)。
通过查看其源码可以看到,DelayQueue内部实现用的是PriorityQueue和一个Lock:
和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子:
所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现
另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。
下面我们举个例子来说明一下,首先我们定义一个对象类型,这个对象需要实现Comparable接口:
然后我们把这些元素随机设置优先级放入队列中
看一下运行结果:
一、什么是BlockingQueue
BlockingQueue即阻塞队列,从阻塞这个词可以看出,在某些情况下对阻塞队列的访问可能会造成阻塞。被阻塞的情况主要有如下两种:1. 当队列满了的时候进行入队列操作 2. 当队列空了的时候进行出队列操作
因此,当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程做了出队列操作;同样,当一个线程试图对一个空队列进行出队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程进行了入队列操作。
在Java中,BlockingQueue的接口位于
java.util.concurrent包中(在Java5版本开始提供),由上面介绍的阻塞队列的特性可知,阻塞队列是线程安全的。
二、BlockingQueue的用法
阻塞队列主要用在生产者/消费者的场景,下面这幅图展示了一个线程生产、一个线程消费的场景:负责生产的线程不断的制造新对象并插入到阻塞队列中,直到达到这个队列的上限值。队列达到上限值之后生产线程将会被阻塞,直到消费的线程对这个队列进行消费。同理,负责消费的线程不断的从队列中消费对象,直到这个队列为空,当队列为空时,消费线程将会被阻塞,除非队列中有新的对象被插入。
三、BlockingQueue接口中的方法
阻塞队列一共有四套方法分别用来进行insert、
remove和
examine,当每套方法对应的操作不能马上执行时会有不同的反应,下面这个表格就分类列出了这些方法:
asdf
- | Throws Exception | Special Value | Blocks | Times Out |
---|---|---|---|---|
Insert | add(o) | offer(o) | put(o) | offer(o, timeout, timeunit) |
Remove | remove(o) | poll() | take() | poll(timeout, timeunit) |
Examine | element() | peek() |
1. ThrowsException:如果操作不能马上进行,则抛出异常 2. SpecialValue:如果操作不能马上进行,将会返回一个特殊的值,一般是true或者false 3. Blocks:如果操作不能马上进行,操作会被阻塞 4. TimesOut:如果操作不能马上进行,操作会被阻塞指定的时间,如果指定时间没执行,则返回一个特殊值,一般是true或者false
需要注意的是,我们不能向BlockingQueue中插入
null,否则会报
NullPointerException。
四、BlockingQueue的实现类
BlockingQueue只是java.util.concurrent包中的一个接口,而在具体使用时,我们用到的是它的实现类,当然这些实现类也位于
java.util.concurrent包中。在Java6中,BlockingQueue的实现类主要有以下几种:
1. ArrayBlockingQueue 2. DelayQueue 3. LinkedBlockingQueue 4. PriorityBlockingQueue 5. SynchronousQueue
下面我们就分别介绍这几个实现类。
4.1 ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子:
BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024); queue.put("1"); Object object = queue.take();
4.2 DelayQueue
DelayQueue阻塞的是其内部元素,DelayQueue中的元素必须实现java.util.concurrent.Delayed接口,这个接口的定义非常简单:
public interface Delayed extends Comparable<Delayed> { long getDelay(TimeUnit unit); }
getDelay()方法的返回值就是队列元素被释放前的保持时间,如果返回
0或者一个
负值,就意味着该元素已经到期需要被释放,此时DelayedQueue会通过其
take()方法释放此对象。
从上面Delayed 接口定义可以看到,它还继承了
Comparable接口,这是因为DelayedQueue中的元素需要进行排序,一般情况,我们都是按元素过期时间的优先级进行排序。
例1:为一个对象指定过期时间
首先,我们先定义一个元素,这个元素要实现Delayed接口public class DelayedElement implements Delayed { private long expired; private long delay; private String name; DelayedElement(String elementName, long delay) { this. name = elementName; this. delay= delay; expired = ( delay + System. currentTimeMillis()); } @Override public int compareTo(Delayed o) { DelayedElement cached=(DelayedElement) o; return cached.getExpired()> expired?1:-1; } @Override public long getDelay(TimeUnit unit) { return ( expired - System. currentTimeMillis()); } @Override public String toString() { return "DelayedElement [delay=" + delay + ", name=" + name + "]"; } public long getExpired() { return expired; } }
设置这个元素的过期时间为3s
public class DelayQueueExample { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { DelayQueue<DelayedElement> queue= new DelayQueue<>(); DelayedElement ele= new DelayedElement( "cache 3 seconds",3000); queue.put( ele); System. out.println( queue.take()); }
}
运行这个main函数,我们可以发现,我们需要等待3s之后才会打印这个对象。
其实DelayQueue应用场景很多,比如定时关闭连接、缓存对象,超时处理等各种场景,下面我们就拿学生考试为例让大家更深入的理解DelayQueue的使用。
例2:把所有考试的学生看做是一个DelayQueue,谁先做完题目释放谁
首先,我们构造一个学生对象public class Student implements Runnable,Delayed{ private String name; //姓名 private long costTime;//做试题的时间 private long finishedTime;//完成时间 public Student(String name, long costTime) { this. name = name; this. costTime= costTime; finishedTime = costTime + System. currentTimeMillis(); } @Override public void run() { System. out.println( name + " 交卷,用时" + costTime /1000); } @Override public long getDelay(TimeUnit unit) { return ( finishedTime - System. currentTimeMillis()); } @Override public int compareTo(Delayed o) { Student other = (Student) o; return costTime >= other. costTime?1:-1; } }
然后在构造一个教师对象对学生进行考试
public class Teacher { static final int STUDENT_SIZE = 30; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Random r = new Random(); //把所有学生看做一个延迟队列 DelayQueue<Student> students = new DelayQueue<Student>(); //构造一个线程池用来让学生们“做作业” ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(STUDENT_SIZE); for ( int i = 0; i < STUDENT_SIZE; i++) { //初始化学生的姓名和做题时间 students.put( new Student( "学生" + (i + 1), 3000 + r.nextInt(10000))); } //开始做题 while(! students.isEmpty()){ exec.execute( students.take()); } exec.shutdown(); } }
我们看一下运行结果:
学生2 交卷,用时3 学生1 交卷,用时5 学生5 交卷,用时7 学生4 交卷,用时8 学生3 交卷,用时11
通过运行结果我们可以发现,每个学生在指定开始时间到达之后就会“交卷”(取决于getDelay()方法),并且是先做完的先交卷(取决于compareTo()方法)。
通过查看其源码可以看到,DelayQueue内部实现用的是PriorityQueue和一个Lock:
4.3 LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。
和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子:
BlockingQueue<String> unbounded = new LinkedBlockingQueue<String>(); BlockingQueue<String> bounded = new LinkedBlockingQueue<String>(1024); bounded.put("Value"); String value = bounded.take();
4.4 PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和java.util.PriorityQueue一样。需要注意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。
所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现
java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就是按照我们对这个接口的实现来定义的。
另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。
下面我们举个例子来说明一下,首先我们定义一个对象类型,这个对象需要实现Comparable接口:
public class PriorityElement implements Comparable<PriorityElement> { private int priority;//定义优先级 PriorityElement(int priority) { //初始化优先级 this.priority = priority; } @Override public int compareTo(PriorityElement o) { //按照优先级大小进行排序 return priority >= o.getPriority() ? 1 : -1; } public int getPriority() { return priority; } public void setPriority(int priority) { this.priority = priority; } @Override public String toString() { return "PriorityElement [priority=" + priority + "]"; } }
然后我们把这些元素随机设置优先级放入队列中
public class PriorityBlockingQueueExample { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { PriorityBlockingQueue<PriorityElement> queue = new PriorityBlockingQueue<>(); for (int i = 0; i < 5; i++) { Random random=new Random(); PriorityElement ele = new PriorityElement(random.nextInt(10)); queue.put(ele); } while(!queue.isEmpty()){ System.out.println(queue.take()); } } }
看一下运行结果:
PriorityElement [priority=3] PriorityElement [priority=4] PriorityElement [priority=5] PriorityElement [priority=8] PriorityElement [priority=9]
4.5 SynchronousQueue
SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞,除非这个元素被另一个线程消费。相关文章推荐
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